Najtvrđim staklom na svijetu možete ogrebati dijamant

Kineski istraživači materijalnih znanosti na sveučilištu Yanshan University u Qinhuangdau eksperimentirali su s ugljikom stvarajući nove forme materijala koje su dovele do izrade stakla toliko čvrstog da može ogrebati površinu dijamanta.

Pored toga novi prozirni materijal također ima sposobnost djelovanja kao poluvodič, čime otvara neke nove, kako kažu "uzbudljive mogućnosti u području sunčevih fotonaponskih ćelija".

Novi materijal, nazvan AM-III, ima neke sličnosti s dijamantima, i prirodnim i umjetnim, jer je formiran prvenstveno od atoma ugljika. No, gdje dijamanti imaju raspored atoma i molekula u savršenoj rešetkastoj strukturi, AM-III ima više neorganiziranu strukturu u kojoj su atomi i molekule neusklađeni, čime je stvorena vrsta materijala poznatog kao amorfni.

Amorfni materijali ili nekristalne čvrste tvari uključuju plastiku, gelove i staklo, ali ovo posljednje nije nešto što biste obično povezivali s velikom tvrdoćom ili čvrstoćom. Znanstvenici sa sveučilišta Yanshan nastojali su te karakteristike donijeti staklenom materijalu mukotrpnim pokušajima i pogreškama, eksperimentiranjem s različitim rasporedom atoma i molekula te okretanjem molekula ugljika u obliku nogometnih loptica poznatih kao fulereni.

Fuleren je treća alotropska modifikacija ugljika (uz dijamant i grafit), organska tvar s kuglastim šupljim molekulama u obliku pravilnih poliedara, koja se sastoji od ugljikovih atoma povezanih u 12 peterokuta i različit broj šesterokuta.

Fulereni su po strukturi slični grafitu koji se sastoji od slojeva u kojima su molekule ugljika spojene u šesterokutne prstenove, što stoga takvu plohu čini ravnom, dok fulereni sadrže i peterokutne (a ponekad i sedmerokutne) prstenove, što im daje zakrivljenost.

Do sada je već viđeno da znanstvenici proučavaju fulerene kako bi razvili zapaljive nanočestice, napredne solarne ćelije i unaprijedili naše znanje o svemiru, a autori nove studije otkrili su da se mogu koristiti i kao polazište za stvaranje ekstremno čvrstih amorfnih materijala. Fulereni su podvrgnuti povećanju temperature i tlaka, čime se uzrokovalo njihovo usitnjavanje i miješanje, pri čemu je tim pažljivo povećavao toplinu i temperaturu na neistraženo područje dok se nije formirao AM-III.

Novi materijal pokazao je tvrdoću 113 GPa na Vickersovom testu tvrdoće. Za usporedbu, meki čelik ima Vickersovu tvrdoću oko 9 GPa, dok prirodni dijamanti imaju stopu od oko 70 do 100 GPa. Sveobuhvatno mehaničko ispitivanje tima pokazalo se da je AM-III najtvrđi i najjači amorfni materijal do sada poznat i da može ogrebati površinu dijamanta.

Nadalje, otkriveno je da je materijal poluvodiv, s rasponom pojasa od 1,5 do 2,2 eV, slično uobičajenom amorfnom siliciju. Ova mješavina elektroničkih i mehaničkih svojstava čini AM-III zanimljivim za znanstvenike koji razvijaju fotonaponske tehnologije koje pretvaraju svjetlost u električnu energiju, poput onih u solarnim ćelijama.

Čitav rad kineskih znanstvenika objavljen u časopisu NSR (National Science Raview) možete pronaći na ovoj poveznici.